Китайські дослідники випробували вуглецеві нанотрубки як фільтр для сигарет. Результати виявилися вражаючими.
Про шкоду куріння всім добре відомо, однак людство не може розлучитися з цією згубною звичкою. Тому вченим нічого не залишається, як шукати все більш досконалі фільтри для цигарок.
Вуглецеві нанотрубки (ВНТ) вже добре себе зарекомендували в експериментах з видалення фтору, свинцю і кадмію з розчинів. Логічно було припустити, що такі матеріали успішно впораються і з фільтрацією різноманітних забруднень з газової фази, наприклад з сигаретного диму.
Китайські вчені у своїх дослідженнях використовували оксидовані ВНТ (О-ВНТ). Для порівняння були взяті стандартні сорбенти - вельми поширений в промисловості синтетичний цеоліт і активоване вугілля.
Всі сорбенти були поміщені у фільтруючий мундштук сигарет. Процес «куріння» проводили автоматично в стандартних умовах, прийнятих у тютюновій промисловості для визначення складу диму. Дим пропускали через сорбенти, потім фільтри зважували і за різницею початкової і кінцевої маси визначали кількість, а також склад (методом хроматографії) осілих на них компонентів.
О-ВНТ виявилися найбільш ефективними сорбентами нікотину (до 0,56 мг/сигарету) і смоли (до 13 мг/сигарету). Ефективність видалення нікотину та смоли сорбентом О-ВНТ склала 81,3%, активованого вугілля - 60,6% і цеоліту - 41,3%. І це незважаючи на те, що їхня питома поверхня набагато менша (151 м2/г), ніж у цеоліту (766 м2/г) або активованого вугілля (904 м2/г).
Зображення фрагментів фільтрів з О-УВНТ, отримані за допомогою тунельного мікроскопа до і після адсорбції, дозволили пояснити причину такої ефективності вуглецевих нанотрубок. Викривлені О-ВНТ довжиною від сотень нанометрів до мікрон утворюють агреговані пори, розмір яких коливається від 3 до 40 нм, тобто вони підходять для сорбції всіх типів молекул тютюнового диму. Частина шкідливих речовин адсорбується на внутрішній поверхні стінок ВНТ, багато сполук (головним чином, поліциклічні ароматичні вуглеводні) сорбуються або конденсуються на зовнішній поверхні. А от цеоліт, що має розміри пор 0,74 нм, може ефективно сорбувати молекули, які мають розмір 0,73 нм - нафталін, антрацен та деякі інші, але практично не затримує нікотин, розмір молекули якого 0,78 нм, і ряд інших компонентів смоли з молекулярним розміром більше 0,9 нм. Розміри пор і питома поверхня активованого вугілля більша, ніж у цеоліту, і, відповідно, ефективність видалення нікотину та смоли вища, але, тим не менше, набагато нижча, ніж для О-ВНТ. На думку авторів, важливу роль у підвищенні ефективності нановуглецевого фільтра може грати капілярна конденсація деяких компонентів в ВНТ.
Дослідники оцінили оптимальну кількість О-ВНТ у фільтрі сигарети для найбільш ефективного видалення нікотину і смоли, яке виявилося рівним 20-30 мг. Навіть якщо вартість сигарети з таким фільтром трохи зросте, користь для здоров'я, очевидно, варта таких витрат.
